GIS回路电阻测量方法的分析研究

摘 要：近年来，我局大量使用GIS设备，但运行经验相对不足，因此我们不断地探索GIS的维护经验。在部分GIS的交接验收以及事故处理中，总结了一些测量GIS回路电阻测量的经验和技巧，希望电力同行给予建议，共建经验交流平台。

关键词：GIS全封闭组合电器；回路电阻；测量方法；SF6气体

0 前言

SF6全封闭组合电器体积小、技术性能优良，是20世纪70年代初期出现的一种先进的高压配电装置，国际上叫这种设备为Gas-insulated Switchgear，简称GIS。GIS是利用SF6气体极好的绝缘性能和灭弧性能，把断路器、隔离开关、接地开关、TV、TA、避雷器、母线、进出线套管、电缆终端等元件密闭组装在一起。与常规电气设备相比，具有占地面积小、基本不受外界气象因素的影响，无火灾危险、检修周期长、运行安全可靠等特点。因此，GIS设备近年来在我国特别是经济发达地区得到广泛使用。面对新型设备的大量使用，有效地对GIS设备进行质量把关，尽快地积累GIS的运行维护经验，将是我们的当务之急，更是电网安全稳定运行的可靠保证。

1 测量GIS设备回路电阻的意义及重要性

近年来GIS设备在运行中的事故屡次发生，不得不引起我们的关注。最近我局某220kV变电站的110kV GIS设备投运不到三年，就因母线筒内的一个绝缘盘发生放电闪络，导致整段母线长时间停电抢修的事件。由于GIS这种新型电气设备结构复杂特殊、质量要求高、工艺繁多，导致其检修工作繁重且时间长，停电范围也涉及到相连的其它元件，发生故障后带来的负面影响不得不引起我们的深思。

对近年来发生的GIS设备的事故进行分析调查，发现其不同程度地存在结构性缺陷，在运行电流较小时，缺陷不突现，但当运行电流接近其额定值（3150A）约三分之二尚远少于其额定值时，该缺陷则浮现。究其原因除产品本身质量外，安装调试不规范以及运行维护手段不到位等因素也是导致事故发生的主要原因。因此，我们必须对GIS设备的现场安装质量严格把关，对其交接试验提出高标准的要求。

GIS交接试验中的一个主要项目就是回路电阻的测量，其目的是检查电气设备安装质量和回路的完整性，以及发现因制造不良或运行中因振动而产生的机械松动等原因造成的接触不良等缺陷，避免了因接触不良而导致事故，是保证设备安全稳定运行的重要手段。GIS设备是将变电站中除变压器外的所有一次设备用厚厚的金属外壳密闭起来，并像积木般组装在一起的；GIS的母线（包括其分支母线）连接通常是通过梅花触头、表带触指等插入式结构而非通过螺丝紧固连接的。对于这些衔接处的连接情况，肉眼乃至红外线测温都根本无法判断确认，因此其回路电阻的测量就显得相当重要。

2 GIS回路电阻测量的基本原则

GIS相对其他敞开式设备存在一定的特殊性，为了确保数据的准确性和可比性，在每次测量中应尽可能做到以下两点：

2.1 尽可能单独测量每一个测量点的直阻值

由于GIS设备是密封一体式结构，其内部的母线、刀闸、开关、电流互感器等设备在安装后全部都连接在一起的。出厂时厂家都会根据各个连接点的分布以及开关等重点测试对象等因素制定固定测试点，并有出厂测量数据。那么我们在现场的测量中就应该严格地对每一个测量点进行单独测量，而不应该将开关或者刀闸等若干个测量点连在一起测量一个总数据，然后再通过加减运算得出的数据进行判断。这样就有可能产生正负误差相互抵消的情况。如某个测量点的阻值变少了，就有可能导致另一个存在直阻偏大缺陷的测量点产生误判直阻合格的情况，因此必须分别单独测量每个测量点的直阻值。

2.2 新安装设备在补充额定SF6气体前后都要进行直阻测量

对新安装设备在充气前分别测量各部分阻值，这是理所当然的。那又为什么要在新设备补充额定SF6气体后还要进行一次呢？原因有两个：原因一，为以后运行中的测量直阻值作参考依据。对于已经投入运行的GIS设备，开封检查测量难度较大，在没有特殊情况下都是在充满了额定SF6气体下进行直阻测量的，这就需要有交接时设备充气后的测量数据来参考；原因二，在实践经验中我局曾经发生过某变电站110kV的GIS设备的一段分支母线在充气前测得直阻值为微欧级，数值合格，但充气后重测却发现其值为毫欧级。在放气检查中发现其内部有一段分支母线的连接是通过4颗螺栓紧固的，其中一颗螺栓可用手拧松，其余3颗螺栓就完全没有上紧。从此案例可知GIS设备在未充气前即使安装不合格，也有可能因自重等原因造成直阻测量值合格；但在补充SF6气体后，绝缘气体会在接触不良的连接面上形成一层绝缘膜，使缺陷进一步暴露。因此新装GIS设备在充气后进行直阻测量，对检验其安装质量具有重要意义。

3 GIS回路电阻测量的方法

3.1 测量的基本原理分析

我们一般使用电压降法来测量设备的回路电阻。为保证结果的准确性，减少接触面氧化膜的影响，要求仪器的通流在100A及以上。电压降法是在被测电阻上，通以恒定直流电流，用电压表和电流表测量出被测电阻上的电压降和电流，然后利用欧姆定律R=U/I计算出被测电阻的直流电阻。目前广泛使用的5501系列直阻测试仪，根据其原理及构造，可以得出其简单的测试原理图如下图1所示：

测试中，电压表内阻应大于被测电阻200倍以上，否则应按以下公式1-1对被测电阻进行修正。

公式1-1

式中：

RX――被测电阻值 Uv――电压表读数

IA――电流表读数 rV――电压表内阻值

图1 测试原理图

在实际应用中，电压表、电流表以及处理器等元件都密封组装在仪器里面（如图1中的虚线部分），面板上只有若干按钮以及测试用的四个测试接线端子，其中两个是电流引出端子，其电气意义相当于图1中的A、B点；另外两个就是电压接线端子，其电气意义相当于图1中的C、D点。

3.2 测量的实例讲解

就目前的设备构造，要对充满SF6气体的GIS设备进行直流电阻测量，测试电流只能利用进出线套管注入，以及打开接地刀闸导电杆与外壳之间的活动接地片，关合接地刀闸后，从接地刀闸导电杆注入。电压的抽取点也是采用这些外露的导电杆。

由于GIS设备是密封一体式结构，测试的电流回路以及电压测量回路必须通过非测量对象的设备元件来导通。在测量中，我们必须合理利用若干非测试元件来导通测量回路，同时也要巧妙地排除这些元件对测试对象的影响。下面我们就以图2中开关CB81的直阻测量的正反例子来详细讲解这一点。

图2 某站220kv GIS

错误的测量接线举例：

在GIS设备不开盖的情况下测量开关CB81的直阻时，其中一种典型的错误接线方式如下图3：合上ES82、ES81、CB81，其他刀闸、开关以及接地刀闸分开。将一对电压和电流引线都接在ES81的引出端K，另一对引线都接在ES82引出端J。结合以上的原理分析，我们可以发现在电气意义上，图1中的A、C点就跟J点重合，B、D与K点重合，那么设备中的ES81、ES82以及CB81的串联总电阻就相当于图1中的被测电阻RX。因此这样所测的数据就包含了CB81、ES81以及ES82三把刀闸的接触电阻以及相关分支母线的直阻之和，而不是开关的单独测量电阻。由于接地刀闸的接触电阻要求不高，而且相对比开关要大得多了，测量出来的数据就意义不大。

正确的测量接线举例：

如图4所示，合上FES81、ES82、ES81、ES91、DS83、DS82、DS92、CB81，其他刀闸、开关以及接地刀闸分开。然后将一对电流和电压引线分别接在FES81和ES82的引出端，另外一对接在ES91和ES81的引出端。那么测试时仪器输出的恒定电流就通过FES81、DS83、DS82、DS92以及相关的母线在被测对象CB81导通；同时，电压测量端子通过ES81、ES82测量CB81上的电压。在测试计算中ES81、ES82的接触电阻将增加到电压表的内阻rV里，但因其值相对电压表本身的内阻少得多，因此对测量结果的影响可忽略不计。

我们发现，在该测试方法中，C、D两点的电气意义分别被移至了C'、D'，也就是电流回路与电压测量回路重叠部分的两端。

那么我们可以下结论：仪器的测量数据就是电压回路与电流回路重叠部分的直流电阻。

下面我们就利用上述方法，结合图2的结线图对GIS母线及母线侧刀闸的电阻测量进行具体实例介绍。

母线的首尾端区间及其母线侧刀闸的测量：

如图2，M1母线中的11-12以及19-20两个区间就是我们所指的该段母线的首尾两端区间。由于GIS的结构特点，在设备不开盖的情况下测量这两段母线区间的直阻时必须连同母线首尾两端的一把母线侧刀闸一起测量计算。如在测量M1的11-12区间时则需连同DS11刀闸一起测量，其中一种测量方法是：合上刀闸DS11、DS21、DS31，合上接地刀闸ES11、ES12、ES21、ES31及开关CB11，其他刀闸、开关以及接地刀闸分开。仪器的一对测量引线的电流线和电压线分别接在ES12和ES11引出端，另一对的测量引线分别接在ES21和ES31引出端。从图2中我们可以看到，电流回路和电压测量回路的重叠部分为11-12和11-21两个区间，也就是测量所得的数据为11-12母线区间和刀闸DS11（包含分支母线）的电阻值之和。

非母线首尾端的母线区间及其母线侧刀闸的测量：

1）母线电阻测量

如图2中M2母线中除1-2及9-10两个区间外的其它母线区间，都是我们所指的非母线首尾端的母线区间。例如在测量2-3母线区间的阻值时，其中的一种不开盖的测试方法是：将刀闸DS12、DS22、DS32、DS42合上，同时将接地刀闸ES11、ES21、ES31、ES42合上，其他刀闸、开关以及接地刀闸分开。将仪器一对测试线的电流线和电压线分别接在接地刀闸ES11和ES21的引出端；将另一对引线分别接在接地刀闸ES42和ES31的接地引出端，则可在母线带气情况测出区间2-3段的直阻值。

2）母线侧刀闸的电阻测量

如测量刀闸DS31的直阻时，可合上刀闸DS21、DS31、DS41，合上接地刀闸ES21、ES31、ES32、ES41，合上开关CB31，其他刀闸、开关及接地刀闸分开。测量时一对接线的电流线和电压线分别接ES32和ES31引出端；另一对接线分别接在ES21和ES41引出端，则可在母线带气情况下测得刀闸DS31（包含分支母线）的电阻。

4 在GIS回路电阻测量中注意事项

4.1 防止产生测试电流的分流情况

在GIS设备安装完毕后，特别是在运行设备停电时进行回路电阻测量，必须要考虑在测试过程中是否有分流回路的存在。分流情况的出现主要有两种：

情况一：

一些与测量无关的刀闸、开关在没有分开的情况下与母线等设备构成测试电流的分支回路。

例如在上述M2段母线2-3区间直阻的测试中，如果开关CB41、刀闸DS41、DS11同时合上，那么测试电流就会在X、Y点产生经过CB41、DS41、DS11以及M1母线的分支电流，那么流经被测对象2-3母线区间的电流就会大大减少，导致测量结果严重偏小。

因此，在GIS设备的回路电阻测试中，我们尽可能把与试验无关的刀闸、开关断开，防止分流等现象的出现。

图5

情况二：

被测试设备上固定的接地线，或者接地刀闸的引出端对地绝缘不良等原因，造成测试电流通过大地（地网）产生分支回路。

这种情况主要在运行中设备的停电检修中出现.在设备的检修过程中，由于停电范围的局限，往往某些间隔的出现套管处于带电状态，为了防止感应电，确保工作人员的安全，带电间隔的出线侧刀闸必须分开，相应的C0接地刀闸必须处于合闸状态。测试中如果需要利用该带电间隔的C0接地刀闸来导通电流时，与之相连接的设备就不能同时存在另外一个接地点，否则测试电流将会通过这两个接地点在大地上产生分流，影响测试结果。